Khóa luận Ứng dụng công nghệ sinh học nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải chế biến thủy sản

bị giữ lại trong tế bào và phá hủy hệ thống ezim trong tế bào vi sinh vật từ đó làm ảnh hưởng đến tính thẩm thấm của tế bào. Các anion như: xianua, florua, asenat, cromat, bicacbonat đều có các ảnh hưởng tương tự. Các halogen và một số hợp chất hữu cơ khác cũng tham gia vào quá trình phân hủy protein hay thủy phân các thành phần khác của tế bào. Nồng độ muối vô cơ ảnh hưởng đến khả năng hình thành bùn, khi nồng độ muối clorit tăng lên 20g/l sẽ làm giảm chất luợng làm sạch nước thải. Bảng: 3.1. Các nguyên tố đa và vi lượng cần cho hoạt động sống của vi sinh vật: tên nguyên tố Nồng độ mg/mgBOD Mg 10-4 Cu 16,4.10-5 Zn 16.10-5 Mb 42.10-5 Ca 620.10-5 Na 5.10-5 K 450.10-5 Fe 1200.10-5 Nguyên tố đa lượng cung cấp đầy đủ sao cho: BOD : N : P = 100 : 5 : 1 COD : N : P = 150 : 5 : 1 pH cao quá hay thấp quá sẽ ảnh hưởng đến quá trình phát triển của vi sinh vật, nếu pH 9 sẽ phá hủy trạng thái cân bằng của nguyên sinh chất, dẫn đến sự diệt vong của tế bào vi sinh vật. Do đó pH tối ưu là 6,5– 8,5. 4.1. Phương pháp hiếu khí 4.2. Phương pháp kị khí 4.3. Phương pháp dùng thực vật thủy sinh CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 4.1. Phương pháp hiếu khí: Phương pháp này dựa trên cơ sở hoạt động phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải của các vi sinh vật. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình phát triển, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng được tăng lên. Phương pháp này được sử dụng để xử lý hồn tồn các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước thải. Công trình xử lý sinh học thường được đặt sau khi nước thải được xử lý sơ bộ qua các quá trình xử lý cơ học, hóa học, hóa lý.Các phương pháp sinh học có thể được phân chia dựa trên các cơ sở khác nhau, song nhìn chung có thể chia thành hai loại chính như sau: -Hiếu khí sinh trưởng lơ lửng. -Hiếu khí sinh trưởng dính bám. 4.1.1. Hiếu khí sinh trưởng lơ lửng: Nguyên lý của phương pháp này là dựa trên quá trình sinh trưởng lơ lửng của vi sinh vật trong hệ thống xử lý nước thải, chúng sống và hoạt động lơ lửng trong nước thải, khi có các hợp chất hữu cơ thì chúng bám vào các chất hữu cơ và làm nguồn thức ăn và nơi cư trú, sau khi sử dụng hết các chất hữu cơ chúng tiến hành quá trình tự lắng. Sau đây là giới thiệu một số công trình hiếu khí lơ lửng: 4.1.1.1. Bể SBR: Loại bể này sử dụng khá phổ biến trong công trình xử lý nước thải chế biến thủy sản. SBR ( sequencing batch reactor): Bể phản ứng theo mẻ l dạng công trình xử lí nước thải dựa trên phương pháp bùn hoạt tính , nhưng 2 giai đoạn sục khí và lắng diễn ra gián đoạn trong cùng một kết cấu. Hệ thống SBR là hệ thống dùng đểxử lý nước thải sinh học chứa chất hữu cơ và nitơ cao. Hệ thống hoạt động liên tục bao gồm quá trình bơm nước thải – phản ứng – lắng – hút nước thải ra; trong đó quá trình phản ứng hay tạo cặn gọi chung là quá trình tạo hạt (bùn hạt hiếu khí), quá trình này phụ thuộc vào khả năng cấp khí, đặc điểm chất nền trong nước thải đầu vào. -Các quá trình xãy ra trong bể SBR: Qu trình phn hủy hiếu khí cơ chất đầu vào và nitrat hóa. Qu trình được thực hiện bởi nhóm vi khuẩn tự dưỡng và dị dưỡng, khi điều kiện cấp khí và chất nền được đảm bảo trong bể sẽ diễn ra các quá trình sau: • Oxy hóa các chất hữu cơ CxHyOz + (x+y/4 – z/2) O2 → x CO2 + y/2 H2O • Tổng hợp sinh khối tế bào n(CxHyOz) + nNH3+ n(x+y/4 –z/2-5)O2→(C5H7NO2)n + n(x-5)CO2 + n(y-4)/2 H2O • Tự oxy hóa vật liệu tế bào (phn hủy nội bào) (C5H7NO2)n + 5NO2 → 5n CO2 + 2n H2O + nNH3 • Quá trình nitrit hóa 2NH3 + 3O2 → 2NO2- + 2H+ + 2H2O (vi khuẩn nitrosomonas) ( 2NH4+ + 3O2 → 2NO2- + 4H+ + 2H2O) 2NO2- + O2 → 2NO3- (vi khuẩn nitrobacter) Tổng phản ứng oxy hóa amoni: NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + 2H2O -Thành phần vi sinh vật trong bể SBR: Bảng 4.1. Thành phần vi sinh vật trong bể SBR: STT Vi khuẩn Chức năng 1 Pseudomonas Phân huỷ hydratcacbon, protein, các chất hữu cơ….và khử nitrat 2 Arthrobacter Phân huỷ hydratcacbon 3 Bacillus Phân huỷ hydratcacbon, protein…. 4 Cytophaga Phân huỷ polimer 5 Zoogloea Tạo thành chất nhầy (polisaccarit), chất keo tụ 6 Acinetobacter Tích luỹ poliphosphat, khử nitrat 7 Nitrosomonas Nitrit hoá 8 Nitrobacter Nitrat hoá 9 Sphaerotilus Sinh nhiều tiêm mao, phân huỷ các chất hữu cơ 10 Alkaligenes Phân huỷ protein, khử nitrat 11 Flavobacterium Phân huỷ protein 12 Nitrococus denitrificans Khử nitrat (khử nitrat thành N2) 13 Thiobaccillus denitrificans 14 Acinetobacter 15 Hyphomicrobium 16 Desulfovibrio Khử sunfat, khử nitrat Nguồn:công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học của PGSTS. LƯƠNG ĐỨC PHẨM Hệ vi sinh vật trong bễ SBR bao gồm tất cả các loại vi khuẩn và các Eukaryote cực nhỏ, có thể phân chia thành 5 nhóm chính: các vi sinh vật dạng bọt khí, thực vật hoại sinh, các vi khuẩn nitrat hoá, động vật ăn thịt và các sinh vật gây hại. Các vi sinh vật tạo bọt khí: có vai trò rất quan trọng trong quá trình chuyển hoá sinh học với tác nhân sinh trưởng lơ lửng, bởi vì nếu không có chúng thì sinh khối không thể được phân chia từ quá trình xử lý nước thải hay các chất ô nhiễm hữu cơ dạng keo không thể bị đào thải. Các vi sinh vật tạo bọt khí thường là động vật nguyên sinh và nấm, chúng làm cho vi khuẩn kết bông lại. Tuy nhiên chiếm ưu thế hơn hẳn vẫn là các vi khuẩn trong đó Zooglea ramigera đóng vai trò khá quan trọng Vi sinh vật hoại sinh: là các vi sinh vật có khả năng phân huỷ các hợp chất hữu cơ. Đây là các vi khuẩn dị dưỡng đầu tiên và hầu hết chúng ở dạng kết chùm. Các vi sinh vật hoại sinh cũng được chia làm 2 loại: phân huỷ sơ cấp và thứ cấp.Loài Saprophytes chủ yếu là các gram âm, ngoài ra còn có Achorombacter, Alcaligenes, Bacillus, Flavobacterium, Micrococcus và Pseudomonas. Các vi khuẩn nitrat hoá: thực hiện quá trình chuyển hoá N-NH3 thành N-NO3 , và có thể được thực hiện bởi cả hệ vi sinh vật dị dưỡng và tự dưỡng. Quá trình nitrat hoá trong hệ thống xử lý nước thải thường được xem là do các vi khuẩn tự dưỡng, đầu tiên có thể kể đến là loài Nitrosomonas và Nitrobacter. Nitrosomonas oxy hoá N-NH3 thành N=NO3 nhưng có kèm theo sản phẩm trung gian, trong khi đó Nitrobacter oxy hoá N=NH3 trực tiếp sang dạng N-NO3. Loài động vật ăn thịt: chính trong quá trình chuyển hoá sinh học với tác nhân sinh trưởng lơ lửng là các động nguyên sinh (protozoa), thức ăn chính của chúng là các vi khuẩn.Có khoảng 230 loài đã được xác định là có tham gia vào quá trình xãy ra trong bùn hoạt tính và chúng có thể tạo ra khoảng 5% sinh khối trong hệ thống.Những loài có roi thường là các động vật nguyên sinh chiếm ưu thế, cả về số lượng lẫn khối lượng sinh khối.Trong một số trường hợp, cả amip và loài có roi có thể hiện diện với số lượng rất nhỏ, nhưng chúng vẫn đóng vai trò hết sức quan trọng cho quá trình lắng đọng và ổn định hệ thống. Các sinh vật gây hại: trong quá trình chuyển hoá sinh học với tác nhân sinh trưởng lơ lửng, vấn đề phát sinh nhiều nhất là việc loại bỏ sinh khối từ nước thải đã qua xử lý, nguyên nhân chính là do các vi khuẩn dạng sợi và các loại nấm. Các vi khuẩn dạng sợi tồn tại với số lượng nhỏ là điều rất tốt, giúp ổn định các phân tử bọt nhưng nếu số lượng quá lớn thì lại là điều không tốt. Loài vi khuẩn tiêu biểu là Sphaerotilus natans. Một tác nhân gây hại nữa trong sinh trưởng lơ lửng là việc thừa bọt trong hệ thống.Điều này gây ra trước hết là do vi khuẩn Nocardia và các loài Microthrix pavicella.Vì Nocardia và Microthrix pavicella là các tế bào không ưa nước trên bề mặt, chúng tạo ra các bong bóng trên mặt nước nơi chúng ở, vì vậy tạo ra bọt khí và gây ra hiện tượng dư bọt. Các tác động này cũng tạo ra tương tự vùng thiếu oxy trong hệ thống sinh trưởng lơ lửng kéo theo sự gia tăng của vi khuẩn khử nitrat hoá. Quá trình này có thể được hoàn toàn bởi một số lượng lớn các vi khuẩn tìm thấy trong hệ thống xử lý nước bao gồm: Aerobacter, Alcaligenous, Bacillus, Flavobacterium, Micrococcus, Proteus, và Pseudomonas. Vi khuẩn chiếm ưu thế (90%) trong hệ thống xử lý. Sự phát triển của vi khuẩn phụ thuộc vào điều kiện môi trường , các yếu tố về thiết kế, vận hành hệ thống và tính chất của nước thải.Vi khuẩn có kích thước trung bình từ 0.3-1µm. Trong hệ thống bùn hoạt tính có hiện diện của vi khuẩn hiếu khí tuyệt đối, vi khuẩn tuỳ nghi và vi khuẩn kị khí. Một số vi khuẩn dị dưỡng thông thường trong hệ thống bùn hoạt tính gồm có: Achromobacter, Alcaligenes, Citromonas, Flavobacterium, và Zoogloea. Hai nhóm vi khuẩn chịu trách nhiệm cho việc chuyển hoá ammoniac thành nitrat là: vi khuẩn Nitrobacter và Nitrosomonas. Nấm: là cấu tử thuộc hệ thống bùn hoạt tính, các vi sinh vật đa bào này tham gia vào quá trình trao đổi chất và cạnh tranh với vi khuẩn trong môi trường hoạt động. Chỉ có một lượng nhỏ nấm có khả năng oxy hoá NH3 thành nitrit và nitrat. Các loại nấm thông thường là: Sphaerotilus natans và Zoogloea sp. Protozoan: là vi sinh vật có kích thước 10-100 µm được phát hiện trong hệ thống bùn hoạt tính. Đây là nhóm vi sinh vật chỉ thị cho hoạt động của hệ thống xử lý nước thải. Trong hệ thống bùn hoạt tính, protozoan được chia làm 4 nhóm chính: protozoa, amip, flagellates, và ciliates (dạng bơi tự do, dạng bò trường, dạng có tiêm mao). Amip: thường xuất hiện trong nước thải đầu vào, nhưng không tồn tại lâu tại các bể hiếu khí.Amip chỉ sinh trưởng nhanh trong các bể hiếu khí có tải cao. Chúng di chuyển chậm và khó cạnh tranh thức ăn, nhất là khi nguồn thức ăn bị hạn chế, nên chúng chỉ chiếm ưu thế tại các bể hiếu khí trong một thời gian ngắn. Thức ăn của Amip là các chất hữu cơ kích thước nhỏ. Hệ thống bùn hoạt tính xuất hiện nhiều Amip chứng tỏ đang bị sốc tải.Khi đó DO thấp (Amip tồn tại được lâu trong môi trường có DO thấp). Flagellates: ngay sau khi amip bắt đầu biến mất, nhưng nước thải vẫn còn chứa một lượng chất hữu cơ cao, thì flagellates xuất hiện.Phần lớn Flagellates hấp thụ các chất dinh dưỡng hoà tan. Cả Flagellactes và vi khuẩn đều sử dụng chất hữu cơ. Tuy nhiên, khi thức ăn giảm Flagellactes khó cạnh tranh thức ăn với vi khuẩn nên giảm số lượng.Nếu Flagellates xuất hiện nhiều ở giai đoạn ổn định, điều này chứng tỏ nước thải vẫn còn chứa một lượng lớn chất hữu cơ hoà tan. Ciliates: thức ăn của Ciliates là vi khuẩn và các chất đặc trưng. Ciliates cạnh tranh nguồn thức ăn với Rotifer.Sự hiện diện của Ciliates chứng tỏ bùn hoạt tính tốt, đã tạo bông và phần lớn các chất hữu cơ đã được loại bỏ. Có 3 loại Ciliates: các Ciliates bơi tự do xuất hiện khi Flagellates bắt đầu biến mất, số lượng vi khuẩn tăng cao; chính vi khuẩn là nguồn thức ăn của Ciliates bơi tự do này. Các loài Ciliates trườn, bò: khi thức ăn bùn lớn và ổn định, loài Ciliates này chui vào trong bùn, cạnh tranh thức ăn với loài Ciliate bơi tự do là nhờ vào khả năng này. Các Ciliate có tiêm mao: xuất hiện ở bùn đã ổn định, trong các loại bùn này thì chúng và các loài Ciliate trườn, bò cạnh tranh nhau về thức ăn. Ciliates hiện diện trong hệ thống bùn hoạt tính là: Aspidisca costata, Carchesium polypinum, Chilodonella uncinata, Opercularia coarcta và O.microdiscum, Trachelophyllum pusillum, Vorticella convallaria và V.microstoma. Ciliates có nhiệm vụ loại bỏ E.coli bằng cách ăn hoặc tạo cụm. Rotifer: là động vật đa bào có hai bộ tiêm mao chuyển động xoay tròn, làm cho hình dạng của chúng như hai bánh xe xoay đối nhau.Chúng di động nhanh trong nước, có khả năng xáo trộn mạnh nguồn nước tìm nguồn thức ăn, giống như Protozoa.Đây là vi sinh vật hiếu khí tuyệt đối, khá nhạy cảm với độc tính của nước thải.Chúng thường xuất hiện trong hệ thống bùn hoạt tính đã ổn định, nước có hàm lượng hữu cơ thấp.Rotifer hiếm khi được phát hiện với số lượng lớn trong hệ thống xử lý nước thải. Vai trò chính của Rotifer là loại bỏ vi khuẩn và kích thích sự tạo bông của bùn. Chính Rotifer sử dụng vi khuẩn không tạo bông, làm giảm độ đục của nước thải. Các màng nhầy được Rotifer tiết ra ở miệng và chân giúp bùn kết bông dễ dàng. Rotifer can thời gian khá dài để thích nghi trong quá trình xử lý. Rotifer phát triển trong bùn cũ và điều kiện oxy nay đủ. Nhạy cảm với độc tố và sự thay đổi thành phần nước thải. Virut: cũng được phát hiện trong hệ thống bùn hoạt tính và việc loại bỏ virut nhờ cơ chế đối kháng sinh học, sự hấp phụ, quá trình khử các chất lơ lửng, các chất keo, quá trình thổi khí,…… -Động học quá trình hiếu khí trong bễ SBR: +Động học phản ứng trong màng vi sinh vật: Những phân tích lý thuyết cho thấy động học phản ứng trong màng vi sinh vật phức tạp hơn rất nhiều so với động học phản ứng của quá trình bùn hoạt tính; bởi vì tốc độ phản ứng làm sạch nước trong quá trình bùn hoạt tính chỉ chịu ảnh hưởng của tốc độ trao đổi chất của vi sinh vật. Trong khi đó trong quá trình màng vi sinh vật các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng bao gồm tốc độ vận chuyển cơ chất vào màng vi sinh vật bởi quá trình khuếch tán phân tử và tốc độ phản ứng sinh học của vi sinh vật. Ngoài ra, phản ứng thuỷ phân các chất hữu cơ cao phân tử trên bề mặt màng vi sinh vật thành những chất hữu cơ có phân tử lượng thấp hơn để chúng có thể khuếch tán vào trong màng vi sinh cũng là một yếu tố hạn chế của tốc độ phản ứng sinh hoá trong quá trình màng vi sinh vật. Màng vi sinh vật có thể coi như một hệ thống phản ứng với xúc tác enzyme tĩnh. Trong hệ thống tồn tại pha lỏng – nước thải, pha rắn – màng vi sinh vật và pha khí (đối với quá trình hiếu khí) Cơ chế của quá trình loại bỏ cơ chất trong hệ thống màng vi sinh vật có thể được miêu tả như sau: nước thải chảy qua bề mặt màng vi sinh vật với vận tốc chảy đều, cơ chất có khối lượng phân tử nhỏ dễ dàng từ nước thải tiếp xúc với màng vi sinh vật và được vận chuyển vào màng theo cơ chế khuếch tán phân tử. Trong màng vi sinh vật diễn ra quá trình tiêu thụ và trao đổi chất bởi vi sinh vật.Những sản phẩm cuối của quá trình phản ứng sinh học đi ngược trở ra khỏi màng. -Ưu điểm: Hệ thống SBR linh động có thể xử lý nhiều loại nước thải khác nhau với nhiều thành phần và tải trọng. Dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng thiết bị (các thiết bị ít) mà không cần phải tháo nước cạn bể. Chỉ tháo nước khi bảo trì các thiết bị như: cánh khuấy, motor, máy thổi khí, hệ thống thổi khí. -Nhược điểm: Do hệ thống hoạt động theo mẻ, nên cần phải có nhiều thiết bị hoạt động đồng thời với nhau. Công suất xử lý thấp (do hoạt động theo mẻ) Người vận hành phải có kỹ thuật cao. 4.1.2.Sau đây là sơ đồ xử lý nước thải có ứng dụng bễ SBR. -Trạm xử lý nước thải tập trung KCN Bình Chiểu: Song chắn rác thô Hố thu gom Song chắn rác tinh Bể tuyển nổi – vớt dầu Bể khử trùng Ra môi trường Thu gom và xử lý theo quy định Nước thải sản xuất và sinh hoạt từ các đơn vị trong KCN Bình Chiểu Nước ép bùn Song chắn rác thô Hố thu gom Song chắn rác tinh Nước thải sản xuất và sinh hoạt từ các đơn vị trong KCN Bình Chiểu Bùn mang đi xử lý theo qui định Máy ép bùn Sân phơi bùn Bể khử trùng Ra môi trường Váng dầu Bể điều hòa Bể keo tụ - tạo bông Bể lắng Mương trung hòa Bể SBR Hóa chất HN 377,HN 378 Bể chứa bùn -Thiết minh sơ đồ: ở khu công nghiệp Bình Chiểu bao gồm nhà máy chế biến thuỷ sản và nhà máy si mạ, và căn tin cho công nhân, do đó thành phần nước thải chủ yếu là các chất hữu cơ và kim loại nặng. Nước thải sau khi qua các trạm xử lý cục bộ của các nhà máy thì đến trạm xử lý tập trung. Nước dẩn qua song chắn rác thô rồi vào hố thu gom, ở hố thu gom có lắp đặt hệ thống bơm chiềm và bơm nước qua song chắn rác tinh vô bể tuyển nổi. tuyển nổi các ván dầu và các chất có trọng lượng nhẹ hơn nước .Thời gian tuyển nổi thường là 30 phút, rồi tiến hành cho nước vào bể điều hoà . Trong bể điều hoà có lắp đặt các hệ thống cánh khuấy và bơm chiềm, hệ thống cánh khuấy có tác dụng khuấy đảo trộn điều nước thải nhằm tránh hiện tượng phân huỷ kị khí ở bể điều hoà. Thông thường thời gian lưu nước trong bể là 2h. Sau khi điều hoà nước song người ta tiến hành cho nước vào bể keo tụ tạo bông . Trong bể này người ta lắp đặt hệ thống cánh khuấy, khuấy đảo liên tục. ở giai đoạn này có bổ sung hoá chất để tăng hiệu quả keo tụ. Các hoá chất thường dùng là HN377 đây là chất keo tụ khá tốt. HN378 hoá chất này là chất trợ keo đồng thời là thành phần dinh dưởng cho vi sinh.Thời gian keo tụ tạo bông là khoảng 15 phút. Rồi nước thải được đưa tiếp vào bể lắng và thời gian lưu nước ở bể lắng là 30 phút. Sau khi lắng song nước được cho tiếp vào mươn trung hoà nhằm mục đích ổn định PH của nước thải trước khi đưa vào bể SBR. Nước được chảy liên tục vào bể SBR thông thường trong các quá trình xử lý nước thải giai đoạn này là đặc biệt chú ý nhất. Các thông số cần kiểm tra trong giai đoạn này: PH là thông số đặc biệt chú ý và phải thường xuyên theo dỏi để tránh hiện tượng PH thay đổi đôt ngột gây ảnh hưởng xấu đến vi sinh vật trong bể. Thời gian lưu nước trong bể khoảng 4h tiến hành cho nước vào bể khử trùng. Khử trùng song cho nước vào hồ sinh học khoảng từ 5- 7 ngày rồi đổ ra kênh rạch. Bảng 4.2. - Nước thải đầu vào KCN Bình Chiểu STT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả 1 Nhiệt độ 0C 28.9 2 pH - 6.31 3 Mùi - Không khó chịu 4 Màu sắc (Pt-Co, pH = 7) 157 5 BOD5 (200C) mgO2/l 318 6 COD mgO2/l 539 7 Chất rắn lơ lửng mg/l 426 8 Sắt mg/l 25.9 9 Clo dư mg/l 0.48 10 Clorua (Cl-) mg/l 169 11 Ammoniac mg/l 37.4 12 Tổng Nitơ mg/l 54 13 Tổng photpho mg/l 17 14 Dầu mỡ khoáng mg/l 14.2 15 Dầu động vật mg/l 39.4 16 Coliforms MPN/100ml 2.4*106 17 Crom VI mg/l 0.01 18 Crom III mg/l 0.012 19 Đồng mg/l 0.79 20 Kẽm mg/l 6.42 21 Niken mg/l 0.09 22 Mangan mg/l 0.28 23 Chì mg/l 0.07 24 Thiếc mg/l 0.08 25 Xianua mg/l 0.04 26 Phenol mg/l 37.8 27 Thủy ngân mg/l 0.0001 28 Sunfua mg/l 0.04 29 Florua mg/l 0.92 30 Aen mg/l 0.013 31 Cadmium mg/l 0.37 Nguồn : Viện nghiên cứu Môi trường và Bảo hộ lao động, Bảng 4.3. - Nước thải đầu ra của KCN Bình Chiểu STT Chỉ tiêu Đơn vị Phương pháp Kết quả QCVN 24:2009/BTNMT 1 Nhiệt độ 0C 2 pH - TCVN 6492:1999 7.24 5.4-8.1 3 Mùi - - Không khó chịu Không khó chịu 4 Màu sắc (Pt-Co, pH = 7) DR2010 13 18 5 BOD5 (200C) mg/l APHA 5210 – C 21 27 6 COD mg/l APHA 5210 – C 35.2 45 7 Chất rắn lơ lửng mg/l APHA 5240 D 34.6 45 8 Sắt mg/l APHA AAS 0.26 0.9 9 Clo dư mg/l DR 5000 0.16 0.9 10 Clorua (Cl-) mg/l APHA 4500 – Cl--C 148 450 11 Ammoniac mg/l APHA 4500 – NH4+-C 3.4 4.5 12 Tổng Nitơ mg/l APHA 4500 – N 9.18 13.5 13 Tổng photpho mg/l APHA 4500 – P - D 1.7 3.6 14 Dầu mỡ khoáng mg/l APHA 5520 C 2.12 4.5 15 Dầu động vật mg/l APHA 5520 B 3.1 9 16 Coliforms MPN/100ml Standard Method 9221-2003 2160 2700 17 Crom VI mg/l APHA AAS KPH 0.045 18 Crom III mg/l APHA AAS KPH 0.18 19 Đồng mg/l APHA AAS 0.63 1.8 20 Kẽm mg/l APHA AAS 0.97 2.7 21 Niken mg/l APHA AAS KPH 0.18 22 Mangan mg/l APHA AAS 0.32 0.45 23 Chì mg/l APHA AAS 0.064 0.09 24 Thiếc mg/l APHA AAS KPH 0.18 25 Xianua mg/l APHA 4500 KPH 0.063 26 Phenol mg/l APHA 5530 C KPH 0.09 27 Thủy ngân mg/l APHA ÁAS KPH 0.0045 28 Sunfua mg/l TCVN 4567-88 0.09 0.18 29 Florua mg/l APHA 4500-F2—C 0.72 4.5 30 Asen mg/l APHA AAS KPH 0.045 31 Cadmium mg/l APHA AAS KPH 0.0045 Viện nghiên cứu Môi trường và Bảo hộ lao độn,2008 4.1.2. Hiếu khí sinh trưởng dính bám: -Công nghệ MBBR: Công nghệ MBBR là công nghệ kết hợp giữa các điều kiện thuận lợi của quá trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí và bể lọc sinh học. Bể MBBR hoạt động giống như quá trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí trong toàn bộ thể tích bể. Đây là quá trình xử lý bằng lớp màng biofilm với sinh khối phát triển trên giá thể mà những giá thể này lại di chuyển tự do trong bể phản ứng và được giữ bên trong bể phản ứng. Bể MBBR không cần quá trình tuần hoàn bùn giống như các phương pháp xử lý bằng màng biofilm khác, vì vậy nó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý bằng phương pháp bùn hoạt tính trong bể, bởi vì sinh khối ngày càng được tạo ra trong quá trình xử lý. Bể MBBR gồm 2 loại: bể hiếu khí và bể kị khí. Hình 1 Mô tả quá trình xử lý của bể MBBR. Hình4.1.(quá trình xử lý của bể MBBR.) Giá thể dùng trong bể MBBR: Giới thiệu các loại giá thể trong bể MBBR: Đặc trưng tính kị nước cao, khả năng bám dính sinh học cao. Chất lượng màng sinh học tốt khó rơi ra khỏi vật liêu, độ dày lớp film ngoài 10 -200 m, lớp film trong có độ dày thay đổi theo tải trọng. Ngoài ra còn có enzim sinh học kích hoạt khả năng xử lí của sinh vật trong nước thải. Xử lí N, P trong nước thải. NH3 – N : 98 – 99%, TN : 80- 85%, TP : 70 -75%. Chiếm khoảng không gian ít. Không bị nghẹt bùn trong khoảng thời gian dài hoạt động. Tạo bùn nặng dễ lắng, tạo ra 40 - 80% bùn ít hơn quá trình bùn hoạt tính. Hiệu quả xử lí 30 – 50% cao hơn quá trình bùn hoạt tính trong khi đó chi phí hoạt động giảm ít nhất 30%.Có thể được thả trực tiếp trong bể hiếu khí, kỵ khí, thiếu khí. Không cần phải thay thế trong vòng 30 năm. Không bị ảnh hưởng bởi hình dạng bể, có thể sử dụng cho tất cả các loại bể. Hình một số loại giá thể được xử dụng hiện nay: Hình4.2: Giá thể TN Hình4.3. Giá thể TP Bảng4.4: Các loại giá thể trong bể MBBR: Số Loại Đường kính (mm) Diện tích bề mặt (m2 /m 3) Khối lượng đóng gói (Kg/m3) Số lượng đóng gói (giá thể/m3) 1 S20-4 Φ20*20 510 68 >100 000 2 SS20-6 Φ20*20 730 105 >110 000 3 F15-4 Φ15*15 760 105 >200 000 4 F10-4 Φ10*10 1200 125 >500 000 5 F25 Φ25*10 620 100 >100 000  Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 -Ưu điểm của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp MBBR: Mật độ vi sinh vật xử lý trên một đơn vị thể tích cao: Mật độ vi sinh vật xử lý trên một đơn vị thể tích cao hơn so với hệ thống xử lý bằng phương pháp bùn hoạt tính lơ lửng, vì vậy tải trọng hữu cơ của bể MBBR cao hơn. Chủng loại vi sinh vật xử lý đặc trưng: Lớp màng biofilm phát triển tùy thuộc vào loại chất hữu cơ và tải trọng hữu cơ trong bể xử lý. Hiệu quả xử lý cao. Tiết kiệm diện tích xây dựng: diện tích xây dựng của MBBR nhỏ hơn so với hệ thống xử lý nước thải hiếu khí đối với nước thải đô thị và công nghiệp.  Dễ dàng vận hành. Điều kiện tải trọng cao: Mật độ vi sinh vật trong lớp màng biofilm rất cao, do đó tải trọng hữu cơ trong bể MBBR rất cao. -Hiệu quả xử lý của bể MBBR: Bảng 4.5. Hiệu quả xử lý của bể MBBR Hệ thống Tải trọng BOD (KgBODm3/ngày) MLSS(mg/L) Diện tích bề mặt (m2/m3) MBBR 10 8000 - 20000 510 - 1200 Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 4.2. Phương pháp kị khí kết hợp hiếu khí: 4.2.1.sơ đồ công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng biện pháp kị khí kết hợp hiếu khí: Nước thải Bể gom Bể điều hòa Bể tuyển nổi Bể UASB Bể Aeroten Bể lắng Máng trộn Nguồn tiếp nhận Clorine Nước hòa khí cao áp Sục khí Sục khí Bể mêtan Bể chứa bùn Bể nén bùn Máy lọc ép băng tải Bùn khô dạng bánh Bùn đặc Nước tách bùn Cặn váng nổi Bùn đã phân hủy Bùn tuần hoàn Bùn -Thuyết minh sơ đồ công nghệ: Nước thải sau khi ra khỏi khu vực chế biến thải vào hố thu gom, sau đó qua song chắn rác thô vào hố thu gom, sau đó bơm lên bể điều hòa, ở đây bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng cũng như là trộn điều nước thải, ở bể điều hòa có lắp đặt hệ thống sục khí liên tục nhằm hạn chế hiện tượng tự lắng cũng như là phân hũy kị khí ở bể điều hòa. Nước thải sau khi lưu ở bể điều hòa khoảng 120 phút người ta tiến hành bơm vào bể tuyển nổi, bể tuyển nổi có xục khí cao áp nhằm tăng cường hiệu quả tạo bọt và khả năng tiếp xúc của các vật chất với nhau. Cặn ở bể tuyển nổi được đưa vào bể mêtan để các dầu mở cũng như các chất nhẹ hơn nước tự hoại ở bể mê tan. Sau quá trình tuyển nổi là bể UASB ở đây diển ra quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản. -Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ trong bể UASB gồm ba giai đoạn: Giai đoạn 1: Thủy phân Một nhóm vi sinh vật tự nhiên có trong nước thải thủy phân các hợp chất hữu cơ phức tạp và lipit thành các chất hữu cơ đơn giản có trọng lượng nhẹ như monosaccarit, aminoaxit, để tạo ra nguồn thức ăn và năng lượng cho vi sinh hoạt động. Giai đoạn 2: Lên men axit Nhóm vi khuẩn tạo men axit biến đổi các hợp chất hữu cơ đơn giản thành các axit hữu cơ phân tử lượng nhỏ hơn: CH3-(CH2)2-COOH, CH3-CH2-COOH, CH3-COOH, H-COOH. Trong giai đoạn này, BOD, COD giảm không đáng kể, còn pH giảm tương đối mạnh (pH < 7) Giai đoạn 3: Lên men metan Nhóm vi khuẩn metan hóa chuyển hóa các sản phẩm ở giai đoạn lên men axit tạo thành khí metan. Quá trình này có thể diễn ra theo hai cơ chế Đecacboxyl hóa: CH3-COOHCH4 + CO2 4CH3-CH2-COOH + 2H2O 7CH4 + 5CO2 CH3-CO-CH3 2CH4 + CO2 Do khử CO2: 4H2 + CO2 CH4 + H2O 2CH3-CH2-COOH + CO2 CH4 + 2CH3-COOH CO2 CH4 + H2O Bể UASB là một trong những phương pháp xử lý sinh học nước thải giàu chất hữu cơ có hiệu quả, thích hợp với loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao. Tuy nhiên yêu cầu thiết bị cao, vận hành tương đối khó và sinh mùi khó chịu là những hạn chế của bể UASB. Bùn dư trong bể UASB được đưa vào bể chúa bùn để tự hoại. một phần cho tuần hoàn vào bể sinh học hiếu khí xử lý tiếp theo. Nước thải sau khi xử lý kị khí xong được điền vào bể Arotent ơ đây các chất hữu cơ còn xót lại được phân giải hiếu khí. Thong thường nước từ bể UASB đưa sang bể arotent cần chú ý một số vấn đề như sau. + PH: thông thường ở giai đoạn này PH thấp nên cần năng phải lên cho phù hợp. + Nhiệt độ thường cao do quá trình kị khí thường sinh năng lượng lớn vì vậy cần có biện pháp điều chỉnh nhiệt độ cho thích hơp. + Nồng độ oxy trong nước đây là vấn đề quang trọng nhất vì vậy cần xục khí nhiều. + Nồng đọ các chất hữu cơ, thông thường qua quá trình xử lý kị khí thì hàm lượng chất hữu cơ là không cao vì vậy cân kiểm tra để tránh hiện tượng thiếu hụt các chất dinh dưỡng cho vi sinh vật ở bể arotent. Phần bùn dư ở bể arotent được dưa vào bể chứa bùn và xử lý bùn. Nước thải sau khi xử lý hiếu khí xong người ta tiến hành xả vào bể khử trùng. Hóa chất dùng khử trùng là clorine. Nước thải sau quá trình khử trùng sau đó cho vào hồ sinh học và xả thải ra ngoài kênh. Bảng 4.6. Các thông số ô nhiễm đặc trưng đối với nước thải chế biến thuỷ sản của một số nhà máy chế biến đông lạnh: Các thông số Kết quả Đơn vị mg/l pH 6.2 - 7,5 - COD 2.000 mg/l BOD5 1.200 mg/l Dầu mỡ 80 - 250 mg/l SS 1200 mg/l S N 100 mg/l S P 30 mg/l Nguồn: Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trườn, 2007 Bảng 4.7.Tiêu chuẩn nước thải đầu ra Thông số Tiêu chuẩn TCVN 5945 – 2005 (loại B) Đơn vị pH 5.5 – 9 - TSS 100 mg/l BOD5 50 mg/l COD 80 mg/l Dầu mỡ 20 mg/l S N 30 mg/l S P 6 mg/l Coliform 5000MPN/100 MPN/100 Nguồn: Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường, 2007 -Bảng Các thông số đầu vào bể Aerotank Bảng 4.8. cá thông số đầu vào bể Aerotank Thông số Kết quả Q (m3/ngày.đêm) 500 (m3/h) 25 COD (mg/l) 540 BOD5 (mg/l) 324 SS (mg/l) 120 Nguồn: Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trườn, 2007 Như vậy hiệu quả xử lý của quá trình kết hợp kị khí với hiếu khí: là khoảng 95- 96%. Kết luận : như vậy quá trình kết hợp xử lý kị khí và hiếu khí trong xử lý nước thải thủy sản là rất cao. 4.3. xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp kị khí: 4.3.1.Bể UASB: -Sơ đồ công nghệ: Nước thải Bể gom Bể điều hòa Bể tuyển nổi Bể UASB Bể lắng Máng trộn Nguồn tiếp nhận Clorine Nước hòa khí cao áp Sục khí Bể mêtan Bể chứa bùn Bể nén bùn Máy lọc ép băng tải Bùn khô dạng bánh Bùn đặc Nước tách bùn Cặn váng nổi Bùn đã phân hủy Kết quả phân tích nước thải đầu vào và so sánh với TCVN 5945:2005 cột A (nồng độ đầu ra sau khi qua hệ thống xử lý): Bảng 4.9. kết quả phân tích môt số nhà máy chế biến thủy sản Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả TCVN 5945:2005 cột A pH - 5,5 - 9 6 - 9 Chất rắn lơ lửng mg / l 400 - 800 50 COD mgO/l 1.500- 2500 50 BOD mgO/l 700 – 1.200 30 Coliform tổng MPN/100 ml .105 - .106 3.000 Nguồn:Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường, 2007 Như vậy, yêu cầu đối với hệ thống xử lý nước thải phải đạt được hiệu suất loại bỏ tối thiểu 90% chất rắn lơ lủng, 96-97% đối với COD, 99% vi sinh BOD và hơn có hại. 4.4. Xử lý nước thải thủy sản bằng cánh đồng tưới, bãi lọc: Việc xử lý nước thải được thực hiện trên các cánh đồng tưới bãi lọc là dựa vào khả năng giử các cặn nước ở trên ở trên mặt đất, nước thấm qua dất như đi qua lọc, nhờ có oxy trong các khe hở của đất, thực chất của quá trình này là xử lý hiếu khí,các vi sinh vật trong đất hoạt động phân hủy các chất hữu cơ. Càng xâu xuống đất lượng oxy càng giảm, cuối cùng đến độ sâu nhất định nào đó thì quá trình thiếu khí xảy ra nên xảy ra quá trình khử nitrat . Cánh đồng tưới có hai chức năng: Xử lý nước thải tưới bón cho cây trồng. Hiệu quả xử lý nước thải của cánh đồng lọc như sau: BOD20 tronh nước còn 15-20mg/l , NO3 là 25mg/l, vi khuẩn giãm tới 99,9%. Như vậy đối với cánh đồng tưới bải lọc hiệu qủa xử lý rất cao. Nhưng trong thực tế người ta ít khi ứng dụng vì tốn diện tích lớn, thời gian xử lý dài có thể kéo dài đến vài tháng, đối với những chất hữu cơ khó tiêu hoặc mạch vòng , dầu mở cá không có khả năng xử lý. 4.5. xử lý nước thải chế biến thủy sản ứng dụng thực vật thủy sinh: 4.5.1.Xử lý nước thải bằng tảo: Tảo là nhóm vi sinh vật có khả năng quang hợp, chúng có thể ở dạng đơn bào (vài loài có kích thước nhỏ hơn một số vi khuẩn), hoặc đa bào (như các loài rong biển, có chiều dài tới vài mét). Các nhà phân loại thực vật dựa trên các loại sản phẩm mà tảo tổng hợp được và chứa trong tế bào của chúng, các loại sắc tố của tảo để phân loại chúng.Tảo có tốc độ sinh trưởng nhanh, chịu đựng được các thay đổi của môi trường, có khả năng phát triển trong nước thải, có giá trị dinh dưỡng và hàm lượng protein cao, do đó người ta đ lợi dụng cc đặc điểm này của tảo để: -Xử lý nước thải và tái sử dụng chất dinh dưỡng: Các hoạt động sinh học trong các ao nuôi tảo lấy đi các chất hữu cơ và dinh dưỡng của nước thải chuyển đổi thành các chất dinh dưỡng trong tế bào tảo qua quá trình quang hợp. Hầu hết các loại nước thải đô thị, nông nghiệp, phân gia súc đều có thể được xử lý bằng hệ thống ao tảo. -Biến năng lượng mặt trời sang năng lượng trong các cơ thể sinh vật: Tảo dùng năng lượng mặt trời để quang hợp tạo nên đường, tinh bột… Do đó việc sử dụng tảo để xử lý nước thải được coi là một phương pháp hữu hiệu để chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng của cơ thể sống. -Cơ chế của quá trình xử lý nước thải bằng tảo: Ban đầu các chất hữu cơ ở dạng hợp chất cao phân tử tảo không thể hấp thụ được. Đặc biệt là ở tảo quan hợp có một số nhóm vi sinh cộng sinh ở phần rể của tảo chúng bám trên rể của tảo và tham gia các quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ thành các chất hòa tan , và tảo là nhóm sử dụng chất hòa tan này. Đặc biệt ở một số loài tảo chúng không có khả năng quan hợp, vì vậy chúng sử dụng trực tiếp các chất hữu cơ có trong nước bằng cách tiết ra các enzyme tương ứng. Đối với nước thải chế biến thủy sản thành phần chủ yếu là protein. Nên tảo có cơ chế tổng hợp enzyme protesea để phân giải các protein thành các axit amin dễ hấp thụ hơn. Đối với các loài tảo quan hợp thì chúng tổng hợp năng lượng từ năng lương mặt trời và CO2. Vì vậy trong quá trình tổng hợp năng lượng của tảo không quan hợp chúng thải ra CO2 cho tảo quan hợp tổng hợp năng lượng và sử dụng các chất hòa tan trong nước do vi inh vật trong nước phân giải. Tảo trong quá trình quan hợp chúng thải ra O2 và oxi này được cung cấp cho tảo không quan hợp và vi sinh vật bám trên rể của tảo. Phương trình minh họa: Tảo không quang hợp: ( Hơp chất hòa tan do visinh vật phân giải) + enzyme→ ATP + sinh khối tảo + CO2 + H2O ánh sáng Tảo quan hợp: CO2+ H2O ATP + sinh khối tảo + O2 Hợp chất hòa tan + enzyme(tảo tổng hợp) → xây dựng tế bào + tăng sinh khối . Vì vậy trong nước lúc nào củng tồn tại ba nhóm sinh vật chính là tảo quan hợp, tảo không quan hợp, vi sinh bám trên rể của tảo. Do đó trong xử lý nước thải chúng ta phải đặt biệt quan tâm đến quá trình cộng sinh này. -Một số thủy sinh thực vật tiêu biểu Bảng 4.10. Một số thủy sinh thực vật tiêu biểu: Loại Tên thông thường Tn khoa học Thuỷ sinh thực vật sống chìm Hydrilla Hydrilla verticillata Water milfoil Myriophyllum spicatum Blyxa Blyxa aubertii Thuỷ sinh thực vật sống trôi nổi Lục bình Eichhornia Bo tấm Wolfia arrhiga Bèo tai tượng Pistia stratiotes Salvinia Salvinia spp Thuỷ sinh thực vật sống nổi Cattails Typha spp Bulrush Scirpus spp Sậy Phragmites communis Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 -Nhiệm vụ của thuỷ sinh thực vật trong các hệ thống xử lý Bảng 4.11. Nhiệm vụ của thuỷ sinh thực vật trong các hệ thống xử lý Phần cơ thể Nhiệm vụ Rễ và thân Làm giá bám cho vi khuẩn phát triển Lọc và hấp thu chất rắn Thân hoặc lá ở mặt nước hoặc phía trên mặt nước Hấp thu ánh mặt trời do đó ngăn cản sự phát triển của tảo làm giảm ảnh hưởng của gió lên bề mặt xử lý Làm giảm sự trao đổi giữa nước và khí quyển Chuyển oxy từ lá xuống rể Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 Bảng 4.12. Một số giá trị tham khảo để thiết kế ao Lục Bình để xử lý nước thải Thơng số Số liệu thiết kế Chất lượng nước thảisau xử lý Nước thải thô Thời gian lưu tồn nước > 50 ngày BOD5 < 30mg/L Lưu lượng nạp nước thải 200 m3/(ha.ngày) TSS < 30 mg/L Độ sâu tối đa < 1,5 m Diện tích một đơn vị ao 0,4 ha Lưu lượng nạp chất hữu cơ < 30kg BOD5/(ha.ngày) Tỉ lệ di : rộng của ao > 3 : 1 Nước thải qua xử lý cấp I Thời gian lưu tồn nước > 6 ngày BOD5 < 10mg/L Lưu lượng nạp nước thải 800 m3/(ha.ngày) TSS < 10 mg/L Độ sâu tối đa 0,91 m TP < 5 mg/L Diện tích một đơn vị ao 0,4 ha TN < 5 mg/L Lưu lượng nạp chất hữu cơ < 50kg BOD5/(ha.ngày) Tỉ lệ : rộng của ao > 3 : 1 Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 Kết luận: phương pháp này tuy hiệu quả xử lý cao nhưng có một số nhược điểm như sau: Thời gian xử lý khá dàỳ, tốn nhiều diện tích, các chất hữu cơ có mạch dài hoặc mạch vòng khó xử lý, rất dể mẩn cảm với hàm lượng chất hữu cơ cao 5.1. Tổng quan về quá trình chuyển hóa nitơ 5.2. công nghệ xử lý nitơ CHƯƠNG5:XỬ LÝ NI TƠ 5.1. Tổng quan về quá trình chuyển hóa nitơ : Trong nước thải chế biến thủy sản thành phần chủ yếu là các protein và các axit amin. Qua quá trình xử lý sơ bộ và hóa lý chúng tồn tại ở dạng amoni hoặc NH3, và sau đó được các nhóm vi sinh vật chuyễn hóa thành các hợp chất đơn giản hơn và cuối cùng đưa về dạng khí trơ. Quá trình chuyển hóa từ các hợp chất chứa nitơ thành nitơ không khí xảy ra hai giai đoạn chính: -Giai đoạn nitrat hóa:(giai đoạn hiếu khí) Khái niệm quá trình nitrit hoá:Diễn giải - các điều kiện và diễn biến.Với những điều kiện thích hợp (t oC > 4 oC và sự có mặt của ôxy) dưới tác dụng của những vi sinh vật hiếu khí sẽ diễn ra quá tình ôxy hoá nitơ của muốn amôn và tạo ra muối của axit nitơ (HNO2) - nitrit, rồi tiếp tục thành muối của axit nitric (HNO3) - nitrat. Quá trình đó gọi là quá trình nitrat hoá. Nói cách khác: Quá trình nitrát hoá là quá trình ôxy hoá sinh hoá nitơ của các muối amôn, đầu tiên thành nitrit và sau đó thành nitrat dưới tác dụng của vi sinh vật hiếu khí trong điều kiện thích ứng (có ôxy và nhiệt độ trên 40C). Hai nhóm vi khuẩn tham gia quá trình nitrat hóa: - Vi khuẩn nitrit ôxy hoá amôniắc thành nitrít hoàn thành giai đoạn thứ nhất;- Vi khuẩn nitrat ôxy hoá nitrit thành nitrat, hoàn thành giai đoạn thứ 2Các phản ứng được biểu diễn qua các phương trình sau 2 NH3 + 3 O2 = 2 HNO2 + 2 H2O 2 HNO2 + O2 = 2 HNO3 Hoặc: (NH4)2CO3 + O2 = 2HNO2 + CO2 + 2 H2O. 2 HNO2 + O2 = 2 HNO3 . Trong quá trình khử nitrat của nitrit (N2O5) thường phóng ít O2 hơn vì một phần O2 cần để tạo ra CO2 + H2O. Tức là 2 nguyên tử N giải phóng 3 nguyên tử ôxy: từ (N2O5) 1 g N giải phóng được (165)/ (142) = 2,85 g ôxy. Ý nghĩa của quá trình nitrat hoá trong việc làm sạch nước thải: Trước tiên nó phản ánh mức độ khoáng hoá các chất hữu cơ nhưng quan trọng hơn là quá trình nitrat hoá tích luỹ được một lượng ôxy dự trữ có thể ứng dụng để ôxy hoá các chất hữu cơ không chứa nitơ khi lượng ôxy tự do (lượng ôxy hoà tan) đã tiêu hao hoàn toàn cho quá trình đó. Sự có mặt của nitrat trong nước thải phản ánh mức độ khoáng hoá hoàn toàn các chất bẩn hữu cơ. -Quá trình khử nitrat: (thiếu khí) Quá trình khử nitrát là quá trình tách ôxy khỏi nitrit, nitrat dưới tác dụng của các vi khuẩn kỵ khí (vi khuẩn khử nitrat). Ôxy được tách ra từ nitrit và nitrat được dùng lại để ôxy hoá các chất hữu cơ. Quá trình này có kèm theo hiện tượng nitơ tự do được tách ra ở dạng khí sẽ bay vào khí quyển. -Ý nghĩa thứ hai của quá trình nitrat hoá : Quá trình nitrat hoá là giai đoạn cuối cùng của quá trình khoáng hoá (ôxy hoá) các chất hữu cơ chứa nitơ. Có mặt nitrat trong nước thải đã làm sạch là một trong những chỉ tiêu về mức độ làm sạch. Do đó cần phải có những công trình tạo những điều kiện thích hợp cho vi sinh vật nitrat. 5.2. Công nghệ xử lý nitơ : 5.2.1.Phương pháp sinh học hiếu khí: -Xử lý hợp chất hữu cơ (theo BOD), Ni-tơ (N) và chất lơ lửng SS: Quá trình loại bỏ ammonia nitrogen (NH4+) hay là quá trình nitrate hoá (nitrification) có thể thực hiện theo hai cách: (1) xử lý theo bậc, tức là quá trình xử lý chất hữu cơ BOD và xử lý ammonia nitrogen (NH4+) được thực hiện trong các công trình riêng biệt (hình 5.1 và 5.2 ) xử lý đồng thời, tức là loại bỏ chất hữu cơ (theo BOD) và ammonia nitrogen (NH4+) trong cùng một công trình (hình 5.2.). Để thực hiện quá trình xử lý theo bậc, trong thực tế ứng dụng rộng rãi hệ vi sinh bám dính, dưới dạng công trình bể lọc sinh học (strickling filter hay biofilter)và các đĩa sinh học. Bể lọc sinh học ứng dụng cho quá trình nitrat hoá thông thường được bố trí sau bể aeroten, hoặc bể lọc sinh học bậc 1 khi nước thải đã bị loại bỏ hầu hết chất hữu cơ (BOD). Thông dụng nhất là xử lý qua 2 bậc biofilter với các vật liệu lọc bằng chất tổng hợp có bề mặt bám dính riêng cao. Tải trọng thuỷ lực là thông số thiết kế quan trọng để tính toán bể biofilter cho quá trình nitrat hoá riêng. Hiệu suất xử lý ammonia nitrogen (NH4+) giảm đi khi tăng tải trọng thuỷ lực và giảm nhiệt độ nước thải. Trên thực tế, với tải trọng thuỷ lực khoảng 20,37 l/m2.phút thì hiệu quả xử lý nitơ amôn (NH4+) luôn luôn đạt được cao cho mọi mùa trong năm. Bảng 5.1.Tải trọng hữu cơ tính toán cho bể lọc sinh học xử lý Bể lọc sinh học (biofilter) Hiệu quả xử lý(%) theo Tải trọng hữu cơ theo BOD5 (kgO2/m3.ngđ) Biofilter với VLL là sỏi cuội, đá dăm 75 - 85 85 - 95 0,16 - 0,096 0,096 - 0,048 Biofilter dạng tháp, và biofilter với VLL là chất dẻo 75 - 85 0,288 - 0,192 0,192 - 0,096 Nguồn:Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường, 2007 Nước thải vào Nước sau xử lý Xlý Xlý BOD L Xlý L L Xả bùn L: bể lắng Cấp khí Hình 5.1.Sơ đồ công nghệ xử lý triệt để nước thải riêng biệt bằng bể lọc sinh học (biofilter) - xử lý BOD,và NO3 Biofilter 2 Biofilter 1 methanol Xlý BOD và Nước thải vào Nước sau xử lý Xlý L L Cấp khí L: lắng Xả bùn Hình 5.2. Sơ đồ công nghệ xử lý triệt để nước thải riêng biệt bằng bể lọc sinh học (biofilter)- xử lý BOD vàcùng trong một bể biofilter,xử lý NO3 riêng Quá trình xử lý đồng thời chất hữu cơ (BOD) và ammonia nitrogen (NH4+) trong bể sinh học được xác định bởi tải trọng BOD. Tải trọng BOD tính toán cho bể sinh học được trình bày trong (bảng5.1) Quá trình khử ammonia nitrogen (NH4+) trong bể sinh học (strickling filter) với vật liệu lọc là sỏi cuội được biểu diễn bằng công thức toán học. amm.Nout = 134.amm.Nin 0,86.SS in 0,15 Với: - amm.Nout : nồng độ ammonia nitrogen (NH4+) sau khi xử lý (mg/l) - amm.Nin, SSin, BODin: tải trọng nitơ amôn (g/m2.ngđ), tải trọng chất lơ lửng (g/m2.ngđ) và tải trọng hữu cơ (kg/m2/ngđ). IV: tải trọng thuỷ lực (m3/ m2ngđ). Để xử lý tiếp tục Nitrogen (N), quá trình khử nitrat (definication: NO3 =>NO2.=>N2) thường được thực hiện trong khối công trình riêng biệt với nguồn carbon ngoài (thông dụng là methanol CH3OH). Lượng methanol được tình theo công thức: Cm = 2,47N0 + 1,53N1 + 0,87D0 Trong đó: Cm - nồng độ methanol cần thiết để cung cấp mg/l N0 , N1 , D0 - nồng độ nitrat (mg/l), nồng độ nitrite (mg/l) và nồng độ o-xy ban đầu, mg/l. Phát hiện công nghệ sinh học và hoá sinh trong những năm cuối thế kỷ 20, đầu thế kỷ 21 quá trình anamox - quá trình oxy hoá ammonia nitrogen (NH4+) với điều kiện yếm khí NH4+ + NO2 => 2H2O + N2 cho phép áp dụng chúng trong thực tế để loại bỏ Nitrogen (N) khỏi nước thải. Quá trình anamox hay nói một cách khác là ôxy hoá NH4+ thông qua nitrite NO2 (hình5.2.). Trên (hình 5.2), rõ ràng rằng việc áp dụng anamox để loại bỏ hợp chất N ra khỏi nước thải có ưu thế lớn so với công nghệ truyền thống là tiết kiệm được năng lượng sục khí và không cần dùng nguồn carbon (C) bên ngoài. 5.2.1.2. Xử lý phôtpho (P) của nước thải bằng hệ vi sinh bám dính: Các hợp chất nitrogen (N) và phosphorus (P) trong nước thải là nguyên nhân gây ra hiện tượng phú dưỡng. Trên thế giới phương pháp phổ biến để loại bỏ P ra khỏi nước thải vẫn là phương pháp lý hoá kết hợp. Việc loại bỏ phosphorus (P) theo phương pháp sinh học bằng hệ bùn hoạt tính đơn lơ lửng (single sludge system) chạy qua các vùng yếm khí (anaerobic), thiếu khí (anoxic) và háo khí (aerobic) là phổ biến nhất, ví dụ: loại bỏ phosphorus (P) bằng A/O process, PhoTrip process, loại bỏ N và P đồng thời - A2/O, Brandenpho process, UTC,… đòi hỏi mức đầu tư cao và chi phí vận hành lớn (lưu lượng tuần hoàn tới 300% - 600%). Mặt khác, việc sao chép 100% công nghệ nước ngoài sẽ không có hiệu quả xử lý như mong muốn, do thành phần nước thải các thải ở các nhà máy chế biến thực phẩm khác nhau. Bên cạnh đó việc xử lý loại bỏ phosphorus (P), giảm nồng độ (P) dưới tiêu chuẩn cho phép bằng phương pháp sinh học sử dụng hệ vi sinh bám dính là không thể được. Tuy vậy, việc kết hợp phương pháp sinh học với quá trình xử lý hoá học có thể mang lại hiệu quả mong muốn. COD COD O2 O2 COD COD COD O2 O2 O2 a) b) Hình 5.3. (a) Quá trình nitrat hoá (nitrification) và khử nitrat truyền thống (denitrification) (b) Quá trình anammox hay là oxi hoá nitơ amôn qua nitrit Một nghiên cứu tại Đại học Xây dựng Mát-xcơ-va (MGSU), Liên bang Nga cho phép loại bỏ P ra khỏi nước có hàm lượng protein cao bằng hệ vi sinh bám dính dựa trên nguyên tắc ăn mòn sinh học (hình 5.3.). Vật liệu bám dính có cốt sắt (Fe) được sử dụng trong bể aeroten. Các màng sinh học bám dính lên bề mặt kim loại thực hiện quá trình ăn mòn sinh học liên tục làm nồng độ sắt Fe trong aeroten tăng đột ngột, tạo điều kiện cho quá trình keo tụ hoá lý phosphate được diễn ra nhanh chóng. Nồng độ bùn hoạt tính lơ lửng tăng, đồng thời chỉ số bùn giảm mạnh, khi đó hiệu quả loại bỏ phosphorus (P) đạt 100% cho nước thải sinh hoạt (bảng 5.1). Số lượng cốt sắt cần thiết được tính theo công thức: Với: AFe : bề mặt cốt sắt cần thiết (m2) AFe = Q: lưu lượng nước thải giờ max (m3/h). : nồng độ phosphate vào và ra khỏi công trình xử lý. D: đường kính sợi cốt thép : tải trọng phosphat trên diện tích sợi thép, Kết quả thực nghiệm nghiên cứu xử lý P trên mô hình thực nghiệm. . Nước thải sau xử lý Nước thải vào 1 Bể lắng aeroten Bùn hoạt tính thừa 1.Vật liệu bám dính cốt sắt Hình 5.4. Sơ đồ xử lý phosphrus (P) bằng phương pháp sinh học sử dụng vật liệu bám dính cốt sắt (Fe) không có bùn hoạt tính tuần hoàn Bảng 5.2.Hiệu quả xử lý phot pho,nitơ. Chỉ số thành phần nước thải Vào(trước xử lý) Ra (sau xử lý) Phosphate (), mg/l 4 - 12 KXD** - 1 BOD5 , mg/l 100 - 250 3 – 10 , mg/l 15 - 25 8 - 12 Nguồn:Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường, 2007 Thông thường trong công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản các công trình xử các hợp chất hữu cơ thường lắp đặt chung với công trình xư lý nitơ và phot pho. Do đó thường các công trình xử lý nitơ và phot pho khó tìm hiểu. 6.1. Sự cố công trình xử lý nước thải thủy sản và khắc phục sự cố. CHƯƠNG 6: SỰ CỐ CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN VÀ KHẮC PHỤC SỰ CỐ 6.1. Quản lý , vận hành và khắc phục sự cố công trình: 6.1.1. Quản lý: Trong bắt cứ công trình xử lý nước thải nào khâu quản lý là quan trọng nhất chúng là chìa khóa sự thành bại của một công trình xử lý nước thải. Nếu mô hình quản lý không tốt thì dù cho công nghệ có tiên tiến đến đâu, thiết bị đắt tiền thì cũng không có kết quả cao. Trong các tài liệu về hệ thống xử lý nước trong nước và cũng như ngoài nước cho thấy sự quản lý phù hợp là yếu tố then chốt giúp đảm bảo hệ thống xử lý nước thải hoạt động tốt. Thông thường trong công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản việc lựa chọn công nghệ cũng như là nhân lực vận hành nhà may là một bài toán phức tạp. Vì vậy đồi hỏi công tác giám sát và quản lý phải thực sự tốt. Về phần nhân viên vận hành nhà máy thì phải hiểu rỏ kiến thức về công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp hóa lý cũng như là biện pháp sinh học để việc vận hành đạt hiểu quả cao. 6.1.2.Vận hành công trình: Vận hành bao gồm điều chỉnh lưu lượng và chất lượng nước trong dòng vào của hệ thống. Tùy thuộc vào chất lượng nước trong dòng vào,khả năng tự làm sạch và yêu cầu về chất lượng nước xả, đối với các công ty chế biến thủy sản lớn hoặc các khu công nghiệp mà có lẩn các nước tạp vào thì cần xem xét và phân tích nguồn nước để tránh hiện tượng sự cố công trình. Đối với các công trình xử lý bằng thủy sinh thì phải hết sức quan tâm đến các yếu tố ngoại cảnh làm ảnh hưởng đến hoạt động sống của tảo. Nếu nước thải dòng vào hợp lý và công tác vận hành đúng cách thì nước thải dòng ra sẽ đạt yêu cầu xả thải. Nếu hệ thống xử lý gặp sự cố, công tác vận hành không được thực hiện dung quy tắc thì nước dòng ra cần được xử lý bổ sung trước khi xả thải. Đối với việc xử lý nước thải chế biến thủy sản cũng vậy công tác vận hành phải hết sức chú trọng đến tải lượng ô nhiểm của dòng vào và các dầu mở thải ra trong quá trình sản xuất. Nếu nước thải đầu ra không đạt chúng ta cấn kiểm tra các vần đề như sau: -Tải lượng hữu cơ nước thải đầu vào. -Kiểm tra quá trình hoạt động của hệ thống. -Đậc biệt quan trọng là ở bể sinh học thường xuyên bị sự cố do chất lượng nước dòng vào ảnh hưởng. -Kiểm tra các hệ thống cấp khí, bơm hóa chất, các chất dinh dưỡng bổ sung vào bể sinh học. -Nếu là hệ thống tự động thì phải thường xuyên kiểm tra các hệ thống tiếp nước ở các bể. 6.1.3. sự cố công trình và cách khắc phục sự cố: STT SỰ CỐ NGUYÊN NHÂN CÁCH KHẮC PHỤC 1 - Bể chứa bùn bị đầy, lượng bùn tồn đọng trong bể lắng quá nhiều ( do không thể bơm qua bể chưa bùn) gây ra hiện tượng kị khí làm bùn nổi lên tràn qua bể sinh học gây ảnh hưởng xấu đến vi sinh. - Bể chứa bùn bị tràn, lượng bùn tràn vào hố thu làm tăng chỉ số COD đột ngột dẫn đến vi sinh vật trong bể sinh học bị sốc máy ép bùn với công suất nhỏ và hoạt động không hiệu quả. - Hiện nay đã đầu tư xây dựng sân phơi bùn để giảm tải cho máy ép. - Ngoài ra, cũng có thể đầu tư thêm máy ép với công suất lớn. - Thường xuyên rút bùn ở bể lắng. 2 Vi sinh vật ở bể sinh học bị chết. Chất lượng nước đầu vào không đạt, tải lượng ô nhiểm cao. - Thường xuyên kiểm tra chất lượng nước ở hố thu để có biện pháp ứng phó kịp thời ( có thể kiểm tra sơ bộ: màu, mùi, pH của nước thải) - Nếu gặp sự cố nên tăng thời gian sục khí ở mỗi mẻ, giảm lượng nước vào đồng thời dưỡng vi sinh bằng cám gạo, phân NPK hay các loại hóa chất dinh dưỡng khác. 3 Nước mưa chảy tràn làm ngập hố thu và hồ hoàn thiện khiến trạm phải dừng việc xử lý. Do trạm xử lý nằm ở khu vực thấp, trũng . Đầu tư sửa chữa cơ sở hạ tầng đặc biệt là hệ thống thoát nước mưa. 4 Bơm hóa chất thường xuyên bị nghẹt gây khó khăn trong công tác vận hành và bảo trì. Do trạm sử dụng loại bơm màng để bơm hóa chất. Do hóa chất có lẫn nhiều tạp chất. - Thay bơm hóa chất mới. - Cẩn thận hơn trong việc châm hóa chất tránh không cho tạp chất lọt vào. - Khi bơm bị nghẹt, hóa chất không bơm lên bể keo tụ được làm cho hàm lượng SS cao. Vì vậy cần tăng thời gian xử lý ở bể sinh học. 5 Bơm bùn bị nghẹt, không thể bơm bùn về máy ép nên bùn bị tràn về hố thu - Do bơm hỏng. - Bùn đặc Kiểm tra thường xuyên để phát hiện sớm và nhanh chóng khắc phục sự cố. Vệ sinh bơm thường xuyên, bảo quản bơm tốt. 6 Thùng thu dầu bị tràn Đường dẫn từ ngăn chứa dầu ở bể tuyển nổi và thùng thu dầu thường bị nghẹt Do thùng thu dầu không có mái che khi mưa xuống, nước mưa chảy vào hòa cùng với dầu. - Cần bố trí mái che ở thùng thu dầu để tránh nước mưa tràn vào. - Thường xuyên kiểm tra vệ sinh đường ống dẫn dầu. 7 Vi sinh vật bị chết do các sự cố khác nên không lắng được theo van xả ở bể SBR ra ngoài. - Máy ép bùn hoạt động không hiệu quả, lượng bùn đưa về hố thu nhiều làm sốc vi sinh. Thường xuyên kiểm tra chất lượng nước ở hố thu. 8 Các sự cố về điện Mất pha, không ổn định…. 9 Chất lượng nước đầu ra không đạt Bể SBR làm việc không hiệu quả hay hiệu quả kém do nhiều ảnh hưởng có thể là: Chỉ tiêu dầu mỡ, nồng độ bùn hoạt tính trong bể, pH, DO… - Tìm hiểu nguyên nhân để có biện pháp khắc phục kịp thời: + Kiểm tra nồng độ kim loại nặng nếu có nghi ngờ. + Kiểm tra hệ thống máy thổi khí. + Nồng độ bùn trong bể SBR, dư thì xả bỏ bớt + Kiểm tra hoạt động của bể tách dầu, nếu cần thì vệ sinh. + Kiểm lại thiết bị đo pH CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Trong nhiều giải pháp xử lý nước thải được đưa ra cho đến nay, phương pháp công nghệ sinh học được đánh giá cao nhất với chi phí rẻ và hiệu quả. Hiệu quả xử lý của các bể sinh học là hơn 90%. Tùy theo đặc tính của từng loại nước thải mà ứng dụng loại công nghệ khác nhau. Đối với nước thải có tải luợng ô nhiểm cao thì cần kết hợp nhiều quá trình sinh học lại với nhau. Đối với tải lượng ô nhiểm thấp thì sử dụng các công trình hiếu khí. Kiến nghị: cần có sự phối hợp chặt chẽ hơn giửa Nhà nước, các nhà khoa học và các doanh nghiệp để định hướng cho tương lai trong công tác nghiên cứu và bảo vệ môi trường sản xuất thuỷ sản, hướng tới sự phát triển bền vững.